综述：与内在无序蛋白质相关的液-液相分离：实验与计算工具

这篇综述系统评述了液-液相分离（LLPS）在生物分子空间组织中的核心作用，重点探讨了内在无序蛋白质（IDPs）及其区域（IDRs）驱动该过程的分子机制，并揭示了LLPS异常与神经退行性疾病（如病理性蛋白聚集）的关联。通过分析当前实验与计算工具的优劣，为开发靶向LLPS的神经疾病治疗策略提供了方法论指导。

　　

液-液相分离的生物学意义

液-液相分离（LLPS）是细胞形成无膜细胞器（如核仁和应激颗粒）的关键物理化学过程。近年研究发现，内在无序蛋白质（IDPs）及其含有的无序区域（IDRs）通过多价弱相互作用（如π-π堆积和静电作用）驱动LLPS，动态调控基因转录、信号转导等生命活动。

IDPs在LLPS中的独特作用

IDPs的构象灵活性使其能够充当"分子胶水"：

1. 低复杂度结构域（LCDs）通过酪氨酸-精氨酸等残基形成瞬时交联网络

2. 相分离阈值受IDRs的电荷分布和序列特征调控

3. 病理突变（如FUS蛋白的R521C）会增强病理性相分离，导致肌萎缩侧索硬化症（ALS）相关蛋白聚集

前沿研究技术

实验方法

• 荧光漂白恢复（FRAP）量化蛋白质在冷凝物中的扩散速率

• 光学镊子精确操控单个相分离液滴

• 低温电子显微镜（cryo-EM）解析LLPS动态组装结构

计算工具

• 粗粒化分子动力学模拟（如Martini模型）降低计算成本

• 机器学习预测IDPs的相分离倾向性

• 全原子模拟揭示磷酸化等翻译后修饰对LLPS的调控

神经退行性疾病关联

阿尔茨海默病（AD）中tau蛋白的液-固相转变形成神经原纤维缠结，而帕金森病（PD）的α-突触核蛋白通过LLPS异常聚集。靶向调节相分离的药物（如小分子抑制剂）有望成为新一代神经保护剂。

未来展望

开发超高分辨率原位成像技术结合多组学分析，将推动LLPS在细胞命运决定、病毒复制等领域的研究。通过工程化合成生物学系统重构LLPS过程，可为精准医疗提供新范式。